Czujnik magnetyczny – charakterystyka, działanie i podstawowe rodzaje

Czujniki magnetyczne pozwalają na pomiar bliskości, położenia, a także przemieszczania przedmiotów, co ma odzwierciedlenie w wielu zastosowaniach przemysłowych. Służą bowiem m.in. do wykrywania broni oraz jako moduły w urządzeniach naukowych i medycznych. Jednak, aby w pełni zrozumieć ich istotę, należy zapoznać się, czym jest czujnik magnetyczny i jakie ma zastosowania.

Co to jest czujnik magnetyczny?

Czujnik magnetyczny to czujnik służący do wykrywania zakłóceń i wszelkich zmian w polu magnetycznym, takich jak np. siła czy kierunek. Mogą one pracować z innymi parametrami, typu światło, temperatura i ciśnienie. Czujniki są podzielone na dwie kategorie – jedne służą do określania pola magnetycznego, a drugie do obliczania składowych wektorowych pola.

Zasada działania czujnika magnetycznego

Czujnik magnetyczny jest zbudowany z chipa z komponentem magnetorezystancyjnym, przeznaczonym do wykrywania wektora magnetycznego i magnesu służącego do polaryzacji wektora, wykrytego przez komponent magnetorezystywny. Chip zastosowany w czujniku wykrywa wszelkie zmiany w wektorze magnetycznym, który z kolei rejestruje zachowanie ciała magnetycznego. Pole magnetyczne może być otoczone prądem elektrycznym i jest wykrywalne przez jego siłę. W związku z tym zachodzi inny proces komunikacji pola magnetycznego z magnesami, ładunkami elektrycznymi czy produktami magnetycznymi.

Rodzaje czujników i ich cechy

Cewki – należą do najprostszych czujników i mogą wykrywać zmiany gęstości strumienia magnetycznego. Po zbliżeniu magnesu do cewki gęstość strumienia magnetycznego w jej wnętrzu wzrasta. Następnie w cewce wytwarzany jest prąd indukowany, który generuje strumień magnetyczny w kierunku utrudniającym wzrost jego gęstości. Odwrotnie – odsunięcie magnesu zmniejsza gęstość strumienia magnetycznego w cewce, tak że indukowana siła elektromotoryczna będzie wytwarzana w cewce, w celu zwiększenia gęstości strumienia magnetycznego. Cewka ma prostą konstrukcję i odznacza się dużą trwałością, jednak nie będzie ona w stanie wykryć stałego magnesu lub strumienia magnetycznego, który przemieszcza się bardzo powoli.

Kontaktron – czujnik posiadający metalowe elementy wystające z dwóch stron, umieszczone w szklanej rurce, z przerwą w miejscu zachodzenia na siebie. Po wykryciu pola magnetycznego stroiki są namagnesowane, co powoduje, że zachodzące na siebie części przyciągają się i stykają, włączając w to przełącznik.

Element Halla – urządzenie bazujące na efekcie Halla. Zjawisko to polega na pojawianiu się siły elektromotorycznej w kierunku prostopadłym zarówno do prądu, jak i do pola magnetycznego, w czasie gdy pole magnetyczne jest przyłożone do obiektu, przez który przepływa prąd. Elementy Halla są często stosowane w przełącznikach bezkontaktowych oraz mają szerokie zastosowanie w smartfonach i aplikacjach.

Element magnetooporowy – wykorzystuje on element magnetorezystywny, który wykrywa pole magnetyczne za pomocą materiału, którego opór jest uzależniony od wspływu siły magnetycznej.

Jeśli chodzi więc o czujniki magnetyczne, ogólnie rzec biorąc, pracują one za pomocą magnesów, stosowanych w czujnikach od dziesięcioleci. W tym okresie technologia niewiele się zmieniła w zakresie materiałów magnetycznych i opcji przyciągania, co oznacza, że podążają one za technologią ruchu. Większość czujników położenia i obrotu wymaga specjalnie dostosowanego uchwytu magnesującego, aby móc w pełni wykorzystywać właściwości materiału. Mają one głównie zastosowanie w systemie Android, nawigacji czy pomiarach przemysłowych i naukowych.